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1、第二节微机控制的点火系统的组成与原理微机控制的点火系是70年代末开始使用无触点点火装置后的又一重大进展，其最大的成功在于实现了点火提前角的自动控制，即可根据发动机的工况对点火提前角进行适时控制。因而可获得混合气的最佳燃烧，从而能最大限度的改善发动机的高速性能，提高其动力性、经济性，减少排气污染。而普通的无触点点火系采用机械方式调整点火时刻，因为机械装置本身的局限性，无法保证在各种状况下点火提前角均处于最佳。此外，由于分电器中的运动部件的磨损，又会导致驱动部件松旷，影响点火提前角的稳定性和均匀性。全电子点火系则可完全避免此类现象产生。在微机控制的点火系统中，点火控制包括点火提前角的控制、通电时间
2、控制和爆燃控制等三个方面，并具有以下特点: 1)在所有的工况及各种环境条件下，均可自动获得理想的点火提前角，从而使发动机在动力性、经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最佳。 2)在整个工作范围内，均可对点火线圈的导通时间进行控制。从而使线圈中存储的点火能量保持恒定不变，提高了点火的可靠性，可有效地减少能源消耗，防止线圈过热二此外，该系统可很容易实现在整个工作范围内提供稀薄燃烧所需恒定点火能量的目标。 3)采用闭环控制技术后，可使点火提前角控制在刚好不发生爆燃的状态，以此获得较高的燃烧效率，有利于发动机各种性能的提高。微机控制的点火系统一般由电源、传感器、电子控制系统(ECU)、点火控制模块、
3、分电器、火花塞等组成，如图5-1所示。 l）电源一般由蓄电池和发电机共同组成，可供给点火系统所需的点火能量。 2)点火线圈能将点火瞬间所需的能量存储在线圈的磁场中，还可将电源提供的低压电转变为足以在电极间产生击穿点火的15 - 20kV高压电。 3)分电器可根据发动机的工作时序，将点火线圈产生的高压电依次送到各缸火花基。 4)火花塞将具有一定能量的电火花引人气缸，点燃气缸内的混合气。 5)传感器主要用于检测发动机各种运行参数的变化，为ECU提供点火提前角的控制依据。其中，最主要的传感器是转速传感器、曲轴位置传感器和空气进气量传感器。 6)电子控制系统是点火系统的中枢。在发动机工作时，它不断地采
4、集各传感器的信息，按事先设置的程序计算出最佳点火提前角，并向点火控制装置发出点火指令。 7)点火控制模块是ECU的一个执行机构。它可将电子控制系统输出的点火信号进行功率放大后，再驱动点火线圈下作。 其工作原理及控制过程如图5-1所示。 发动机运行时，ECU不断地采集发动机的转速、负荷、冷却水温度、进气温度等信号，并根据存储器ROM中存储的有关程序与有关数据，确定出该工况下最佳点火提前角和初级电路的最佳导通角，并以此向点火控制模块发出指令。 点火控制模块根据ECU的点火指令，控制点火线圈初级回路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线圈中的初级线圈通过，点火线圈此时将点火能量以磁场的形式储存起
5、来。当初级线圈中电流被切断时，在其次级线圈中将产生很高的感应电动势(15-20kV),经分电器送至工作气缸的火花塞，点火能量被瞬间释放，并迅速点燃气缸内的混合气，发动机完成作功过程。 此外，在带有爆燃传感器的点火提前角闭环控制系统中，ECU还可根据爆燃传感器的输入信号来判断发动机的爆燃程度，并将点火提前角控制在轻微爆燃的范围内，使发动机能获得较高的燃烧效率。第三节点火提前角控制 因点火提前角对发动机的动力性、燃油消耗率、排气净化等性能产生直接影响，因此必须予以控制。 但由于点火提前角的控制本身属于相当复杂的多元求解问题，因此难以找到精确的数学模型。但考虑影响发动机点火提前角的主要因素是转速和负
6、荷，人们普遍采用了实验法，来获得发动机在不同转速、不同负荷时所对应的点火提前角的最佳点(集)，以此找出三维控制模型图(参见图5-2a)，再将模型图转换成二维表，便可将这些数据储存在微机的存储器中(参见图5-2b)，以供实际的点火提前角控制之用。 在发动机实际运行中，ECU通常根据各传感器输入的信息，从这些二维表中找出点火提前角的最佳值，对点火系进行适时控制。一、丰田汽车TCCS系统点火提前角的控制 点火提前角控制系统，因制造厂家开发点火装置的型号不同而各异，丰田汽车TCCS系统点火提前角的控制如下式所示: 实际点火提前角=初始点火提前角十基本点火提前角十修正点火提前角 公式中各项所对应的实际内
7、容如下: 点火提前角的修正随发动机而异，可根据发动机控制系统各白的特性曲线来进行修正。 1.初始点火提前角 初始点火提前角为原始设定的，也称为固定点火提前角。对于丰田汽车的IG-GEL发动机来讲，其值为上止点前10。此外，在下列之一情况出现时，实际点火提前角等于初始点火提前角: 1)当发动机起动时，由于发动机转速变化大，无法正确计算点火提前角; 2)当发动机起动转速在400r/min 下时; 3)当T端头短路或节气门位置传感器怠速触点闭合时，当车速在2km/h时; 4)当发动机ECU内的后备系统工作时。 2.基本点火提前角 基本点火提前角通常以二维表的形式储存在CPU的ROM存储器中，又分为怠
8、速和正常行驶两种情况: 1)怠速时的基本点火提前角，是指节气门位置传感器的怠速触点闭合时所对应的基本点火提前角。其值还根据空调是否工作及发动机的怠速转速略有不同(参见图5-3 。如空调工作时，随着发动机怠速的目标转速的提高，应适当地增加点火提前角，以利于发动机运转速度的稳定，此时怠速基本点火提前角定为8。空调不工作时，怠速基本点火提角则定为4。由此可见，两种情况所对应的实际点火提前角应分别为18和14。 2)正常行驶时的基本点火提前角。是指节气门位置传感器怠速触点打开时所对应的基本点火提前角。该值主要是依据发动机的转速和负荷(用进气量表示)而定。ECU根据传感器的输出信号，利用查表法从CPU的
9、ROM存储器中找出基本点火提前角的最佳值即可，如图5-4所示。 3)点火提前角的修正 通过上述方法得到点火系初始点火提前角与基本点火提前角后。再通过修正方可得到最终的用来进行实际控制的最佳点火提前兔。点火提前角修正一般分为暖机修正、怠速稳定修正、过热修正及空燃比反馈修正等四种。 (1)暖机修正 图5-5所示为点火提前角暖机修正特性。主要是指当节气门位置传感器怠速触点闭合时，微机根据发动机冷却水温进行修正的点火提前角。当冷却水温较低时，混合气的燃烧速度较慢，因此应适当地增大点火提前角，以促使发动机尽快暖机。但随着温度的升高点火提前角修正值应逐渐减小。 (2怠速稳定修正 发动机怠速时，由于负载的变
10、化(如空调、动力转向等动作)会引起转速不稳。ECU可根据转速差(实际转速一目标转速)动态地修正点火提前角(参见图5-6)。若发动机的怠速转速低于目标转速时，控制系统将相应地增加点火提前角，以利于怠速的稳定。 此外，为使发动机怠速转速能稳定在目标转速上，点火提前角的怠速稳定修正与怠速控制系统中的怠速调整同步迸行。这样有助于提高怠速转速的控制精度及怠速稳定性，有效地防止发动机怠速熄火的现象产生。(3)过热修正 当发动机处于正常行驶运行工况(节气门位置传感器无怠速信号输出)时，若冷却水温度过高，为了避免爆燃，应适当的减小点火提前角。但当发动机处于怠速运行工况时，若冷却水温度过高，为了避免发动机长时间
11、过热，则应增加点火提前角。其过热修正特性如图5一7所示。 (4)空燃比反馈修正 当装有氧传感器的电控燃油喷射系统进入闭环控制时，ECU通常根据氧传感器的反馈信号对空燃比进行修正。随着修正喷油量的增加或减少，发动机的转速在一定范围内波动。为了提高发动机转速的稳定性，当反馈修正油量减少而导致混合气变稀时，点火提前角应适当地增加，反之则相反。其修正特性如图5-8所示。 发动机实际的点火提前角就是上述三项点火提前角之和。当发动机工作时，曲轴每旋转一圈，ECU就会根据所测的参数值确定点火提前角并发出点火信号，并随着发动机的转速和负荷变化进行适时控制。 但是，当ECU计算出的实际点火提前角超过允许的最大值
12、及最小值范围时，发动机将难以运转。由于在初始点火提前角已被固定的情况下，受ECU控制的部分只是后两部分之和，因此该值应保证在某一允许范围之内。当超过此范围时，则ECU就应以设定的最大或最小点火提前角进行控制二、日产公司ECCS系统点火提前角的控制 日产公司的ECCS控制系统如图5-9所示。日产公司的ECCS控制系统主要由传感器、电子控制装置、点火控制模块、点火线圈、分电器及火花塞等组成。电子控制装置的输人信号主要来自于曲轴传感器及空气流量计。曲轴传感器可提供点火所需的发动机转速信号及点火基准信号(各缸上止点的120信号、曲轴转角1信号)，而空气流量计则可提供发动机空气进气量的信号。日产公司的E
13、CCS系统点火时刻的控制原理如图5-10所示。 发动机运转时，来自曲轴转角传感器的1和120点火基准信号被输入到控制装置中，控制装置便以此设定一个比120滞后4的点火时刻基准信号。由于120信号设定在各缸压缩行程前70处，故实际的点火时刻基准设定在各缸压缩行程上止点前66处。 控制装置以点火时刻基准为依据，再根据各传感器的输人信号从CPU的ROM中查找出最佳点火提前角及最佳导通角，并以此计算最佳Z值(Z=66最佳点火提前角)。CPU在接到点火时刻基准信号的同时，其计数器开始计数曲轴转角传感器的1信号，当计数值等于Z时，便向点火控制模块发出点火指令。点火控制模块立即切断点火线圈的初级电流，使次级
14、线圈产生高压，并在火花塞电极处产生击穿跳火。此外，控制系统可根据最佳通电时间及发动机的转速计算最佳导通角6，完成对点火线圈储能过程的控制，使点火能量保持恒定，以此节省能源消耗，防止线圈过热。实际上，在RDM中存放的初级线圈导通时间并不是常数，可根据蓄电池电压进行修正(参见图5-11). 日产ECCS系统对于点火系的控制，随发动机的工况不同则有所不同，主要分为以下三种控制模式; 1.正常行驶时点火提前角的控制 当ECU得到节气门位置传感器的怠速触点打开的信号时，即进人正常行驶时点火提前角的控制模式。其实际点火提前角的控制内容可用下式表示: 实际点火提前角=基本点火提前角x水温修正系数 式中的基本
15、点火提前角已被事先设定并存储在CPU的ROM存储器中。只要根据发动机实际转速和负荷便可从中查出各种工况所对应的最佳点火提前角。水温修正系数的特性曲线如图5-12所示。水温修正系数也是微机根据水温传感器的信号利用查表法从ROM中求得。由此便可得到当前条件下的最佳点火提前角。 2.怠速及滑行时点火提前角控制当节气门位置传感器怠速触点闭合时，即进人怠速或滑行时的点火提前角控制模式。此时，主要是根据发动机转速、冷却水温度及车速来控制点火提前角，其工作特性如图5-13所示。 当发动机怠速或汽车滑行时，通常是根据转来控制点火时刻，当怠速的转速低于1000r/min时，点火提前角设定为15;反之，则应根据水及车速来控制点火时刻(参见图5-12)。当冷却水温低于50、车速低于8km/h时，应按B特性曲线来推迟点火时刻，以此加快发动机及催化反应器达到正常工作温度的速度，使运转稳定。但是当冷却水温大于50或车速高于8km/h时，则应按A特性曲线来加大点火提前角，即利用进气管真空度的上升，
